是德科技提供完整的GaN功率放大器测试方案，致力于解决GaN功放测试中的挑战和难题

为什么氮化镓GaN未来在功率电子领域会有很好的前景？为什么宽禁带半导体更好？有哪些GaN功率放大器测试方案？今天我们为您介绍由KEYSIGHT提供硬件/软件支持的GaN氮化镓功率器件测试方案。GaN功率放大器测试涵盖了直流、射频和系统级的指标，Keysight提供了完整的测试方案，致力于解决GaN功放测试中的挑战和难题。

半导体产业中两大分支-集成电路和分立器件

集成电路

集成电路（integrated circuit，港台称之为积体电路）是一种微型电子器件或部件。采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构；.集成电路板按其功能、结构的不同，可以分为模拟集成电路板和数字两大类.按制作工艺可分为半导体和薄膜。.按集成度高低的不同可分为小规模、中规模、大规模和超大规模集成电路。

图 1

分立功率器件

分立器件被广泛应用到消费电子、计算机及外设、网络通信，汽车电子、led显示屏等领域。包括：

半导体二极管：锗二极管、硅二极管、化合物二极管等；

半导体三极管：锗三极管、硅三极管、化合物三极管等；

特种器件及传感器；

敏感器件：压力敏感器件、磁敏器件（含霍尔器件及霍尔电路）、气敏器件、湿敏器件、离子敏感器件、声敏感器件、射线敏感器件、生物敏感器件、静电感器件等；

装好的压电晶体类似半导体器件；

半导体器件专用零件。

什么是半导体？什么是集成电路？

半导体（semiconductor）是指导电特性介于导体和绝缘体之间，原子核最外层电子的易失和易得几率相等，容易做成PN结的材料。比如“硅（Si）”、“锗（Ge）”等材料。有时也用“半导体”来特指具有PN结的电子元器件。包括：二极管、三极管、MOS管（场效应管）、可控硅、放大器、与或非门等等，也包括那些主要以半导体元件构成的复杂零部件。半导体器件特性表征。

集成电路（integrated circuit，简称IC）指把实现某项功能或多项功能的大部分电路集成到一个整体封装中，以一个零件的形式出现在电子产品电路中。集成电路可以由半导体组成，也可以由半导体以外的零件组成。比如主板上的网络变压器，就是由几组磁芯线圈组成，但也属于集成电路。

半导体在实际中的广泛应用

半导体现今通常把例如锗(Ge)、硅(Si)等一类导体称为半导体。这类导体的电阻率介乎金属与绝缘体之间，且随温度的升高而迅速减小。这类材料中存在一定量的自由电子和空穴，后者可看作带有正电荷的载流子。与金属或电解液的情况不同，半导体中杂质的含量以及外界条件的改变（如光照,或温度、压强的改变等）,都会使它的导电性能发生显著变化。由于这些特点，半导体在实际中有着非常广泛的应用。固体物质所以能够区分为导体、半导体或绝缘体，可以从能带理论得到解释（见固体的能带）。

图 2

为什么宽禁带半导体更好？什么是宽禁带半导体？

宽禁带半导体也被称为第三代半导体，那第一代、第二代以及第三代分别是哪些半导体材料？应用领域又有哪些呢？我们简单介绍如下：

第一代元素半导体，主要包括以硅（Si）、锗（Ge）为代表的单质半导体，其中锗最先被研究且应用，但由于其造价较高，稳定性较差，主要应用于部分发光二极管、太阳能电池中。硅基材料是目前主流逻辑芯片和功率器件的基础，以硅基半导体材料开创了功率半导体元器件MOSFET和IGBT等为代表的固态电子时代，也是目前电力电子领域应用最为广泛的半导体材料。

第二代化合物半导体，主要指二元/三元化合物半导体材料，如砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP），其主要用于制作高速、高频、大功率以及发光电子器件，是制作高性能微波、毫米波器件及发光器件，应用领域主要包括卫星通信、移动通信、光通信、GPS导航等。

第三代宽禁带半导体，主要包括碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）、氧化锌（ZnO）、金刚石、氮化铝（AlN）等，优点是禁带宽度大（>2.2ev）、击穿电场高、热导率高、抗辐射能力强、发光效率高、频率高，可用于于高温、高频、抗辐射及大功率器件，也是目前国家大力发展的新型半导体器件。

宽禁带半导体器件与传统的硅半导体器件的比较

宽禁带半导体是对硅材料的有益补充。以碳化硅、氮化镓为代表的宽禁带（第三代）半导体凭借优异的物理特性，天然适合制作高压、高频、高功率的半导体器件。

第三代半导体是指使用新的材料和器件结构制造的半导体器件，如碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）等。相较于传统的硅同类材料，WBG宽禁带半导体使得器件能够在更高的温度、电压和频率下工作，因此这些材料制成的电力电子模块比使用传统半导体材料制成的模块更加稳定和节能。

鉴于第三代半导体因其优异的性能，在半导体照明、新一代移动通信、新能源并网、智能电网、高速轨道交通、新能源汽车、消费类电子等领域拥有广泛的应用前景。第三代半导体材料具有高击穿电场、高热导率、高电子饱和速率及抗强辐射能力等优异性能，是固态光源和电力电子、微波射频器件的“核芯”，正在成为全球半导体产业新的战略高地。

宽禁带半导体（WBG）作为一项革命性的材料，能够提供更高的速度、更高的电压和更高的热操作能力，从而提高效率，减少尺寸和成本。然而，这也带来了新的挑战，半导体制造商和工程师在表征宽禁带半导体遇到了一些困难。对于传统硅基的大功率半导体应用，通过测试静态参数是可以评估芯片和器件性能，因为它们的开关速率较慢。然而，对于宽禁带半导体，测试静态和动态参数都是重要的。宽禁带半导体的更高开关速率会在开关瞬态过程中会造成损失。

JEDEC是全球领先的微电子行业标准化组织，它将WBG宽禁带半导体的动态测试定义为GaN JC-70.1和SiC JC-70.2。随着JEDEC标准的发展，测试WBG半导体已经成为一项复杂的任务，更多的测试涌现出来。第三代半导体需要对应不同的测试需求，不仅要测量击穿电压、工作电流、导通电阻、IV、CV曲线等静态参数，还需要对开关时间、损耗能量、动态导通电阻等参数进行完全表征。因此，WBG器件制造商和测试机构需要一种全面的解决方案，可以重复、可靠、安全地测试动态参数。

电力电子器件的表征参数

表 1

为什么要衡量C-V？

功率器件各个端口之间会存在寄生电容

电容对于器件性能的影响：

1.影响器件的开启性能，因为需要对电容充放电
2.导致器件漏电：因为电容会存在漏电，降低器件漏电性能
3.导致功率损耗
4.可能影响器件的击穿特性

图 3

•器件的电容会与器件的偏压有关，C-V特性就是在不同偏压下扫描得到电容，描绘出来的曲线就是C-V曲线。

•测试频率：1kHz~5MHz

•偏压范围：本身25V（正负），配合HVSMU可达3000V

•是德科技的电容测试技术是最好的，精度最高

宽禁带半导体以其恰好弥补硅的不足而逐步受到半导体行业青睐，成为继硅之后最有前景的半导体材料。随着5G、汽车等新市场出现，SiC/GaN不可替代的优势使得相关产品的研发与应用加速；SiC/GaN的时代已經到來。

图 4

对于包括半导体在内的晶体，其中的电子既不同于真空中的自由电子，也不同于孤立原子中的电子。真空中的自由电子具有连续的能量状态，即可取任何大小的能量；而原子中的电子是处于所谓分离的能级状态。晶体中的电子是处于所谓能带状态，能带是由许多能级组成的，能带与能带之间隔离着禁带，电子就分布在能带中的能级上，禁带是不存在公有化运动状态的能量范围。

为什么宽禁带半导体更好？

半导体最高能量的、也是最重要的能带就是价带和导带。导带底与价带顶之间的能量差即称为禁带宽度（或者称为带隙、能隙）。因此，禁带宽度的大小实际上是反映了价电子被束缚强弱程度的一个物理量，也就是产生本征激发所需要的最小能量。

图 5

半导体禁带宽度还与温度等有关：半导体禁带宽度随温度能够发生变化，这是半导体器件及其电路的一个弱点（但在某些应用中这却是一个优点）。半导体的禁带宽度具有负的温度系数，所以当温度升高时，晶体的原子间距增大，能带宽度虽然变窄，但禁带宽度却是减小的——负的温度系数。

禁带宽度是半导体的一个重要特征参量，其大小主要决定于半导体的能带结构，即与晶体结构和原子的结合性质等有关。根据半导体材料的禁带宽度的不同，可分为宽禁带半导体材料和窄禁带半导体材料：

若禁带宽度Eg<2.3eV（电子伏特），则称为窄禁带半导体，如锗(Ge)、硅(Si)、砷化镓(GaAs)以及磷化铟(InP)；

若禁带宽度Eg＞2.3eV则称为宽禁带半导体，如碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、H碳化硅(HSiC)、H碳化硅(HSiC)、氮化铝(AlN)以及氮化镓铝(ALGaN)等。

禁带越宽，意味着电子跃迁到导带所需的能量越大，也意味着材料能承受的温度和电压越高，越不容易成为导体；禁带越窄，意味着电子跃迁到导带所需的能量越小，也意味着材料能承受的温度和电压越低，越容易成为导体。

宽禁带半导体材料具有禁带宽度大、击穿电场强度高、饱和电子漂移速度高、热导率大、介电常数小、抗辐射能力强以及良好的化学稳定性等特点，非常适合于制作抗辐射、高频、大功率和高密度集成的电子器件。

表 2

在宽禁带半导体材料中，SiC和GaN最受关注，由于其宽带隙特性可以进一步提高功率器件的性能，因此尤其受到功率半导体市场的青睐。

市场为氮化镓(GaN)打开了大门

在电信基础设施中，GaN凭借其高功率和高频性能优势已经渗透到各种基站。随着宏蜂窝/微蜂窝从RRH过渡到有源天线系统AAS，大规模MIMO需要每个基站有更多的功率放大器PA(Power Amplifier)单元。与LDMOS相比，在3GHz以上的频率下更高的PAE和更宽的频带能力是GaN发展的机会。到2028年，基于GaN的电信基础设施设备市场预计将超过13亿美元，占整个市场的近45%。

截至2023年，碳化硅基氮化镓仍然是射频氮化镓的主要平台，因为供应链已经完善。然而，集成设备制造商 (IDM) 是首选的商业模式，因为IDM可以从其在电信和国防市场的现有客户渠道中获益。

GaN氮化镓技术

截至2023年，主流GaN氮化镓技术是在SiC衬底上。该技术已经成熟，并在高功率和频率下表现出良好的性能。在过去的几年中，参与者，例如STMicroelectronics with MACOM、Ommic、Infineon以及GlobalFoundries、UMC等代工厂，一直致力于引入RF GaN-on-Si技术。由于电信小型基站需要功率较低的功率放大器PA，因此GaN-on-Si可以在10W以下的32T32R 64T64R mMIMO基站中找到最佳位置。我们预计硅基氮化镓将于2023年底开始进入市场，并在未来几年占据市场份额。随着技术节点的演进，为Ku/K/Ka频段开发平台的设备厂商甚至瞄准了0.1μm以下的节点，以实现亚太赫兹频率和未来潜在的6G市场。用于射频应用的新兴硅基氮化镓平台的目标是通过在较低功率水平下利用效率和宽带宽来实现低于6GHz的小型蜂窝。然而，考虑到改变手机系统设计的复杂性，它是硅基氮化镓的长期目标市场。

图 6

半导体动态参数

宽禁带（WBG）器件GaN特點：

•快速开关速度

•尺寸紧凑、重量轻

•禁带宽度：3X of Si

•降低传导和开关损耗

•Rds-on低

图 7

2022年，SEDI、Qorvo和Wolfspeed是RF GaN器件业务的领先厂商，而NXP通过进入电信市场的供应链获得了显着增长。SI SiC晶圆市场仍由Wolfspeed、Coherent、SICC三大供应商瓜分。在国防领域，雷神公司、诺斯罗普格鲁曼公司和某些中国公司正在引领GaN 的采用。其中，Wolfspeed和Qorvo也是GaN代工厂。着眼于电信市场的供应，爱立信和诺基亚继续扩大来自多家设备供应商的RF GaN设备供应，而三星则与韩国设备厂商密切合作。

作为传统的GaN市场，国防领域是GaN RF的主要驱动力之一。碳化硅基氮化镓仍然是国防雷达、电子战和国防通信应用中满足高要求应用的主要平台。

随着国内通信技术和电力电子技术的快速发展，化合物半导体受到的关注越来越多。化合物半导体主要分为二元化合物砷化镓GaAs、氮化镓GaN、碳化硅SiC、磷化铟InP，以及一些三元化合物GaAsSb、InGaAs等等。

各类化合物都因其各自的禁带宽度、载流子迁移率而展现出不同的物理特性：

表 3

由于物理特性的差异，各类化合物半导体凭借自身的优势走向了不同的应用领域，互无优劣之分。

表 4

GaN技术的发展及应用

第三代半导体材料GaN是宽禁带半导体的核心代表，较高的禁带宽度决定了由其制造的半导体器件可以在高压、高温的环境中正常工作。过去十年，GaN已在多个行业领域产生了重大影响，在光电方面它已对高亮发光二极管(HBLED)的发展和增值发挥重要作用，在无线通讯方面它已广泛应用于高功率射频(RF)设备，如高电子迁移率晶体管(HEMT)和单片微波集成电路(MMIC)。同样，在电源应用中GaN也具备巨大的潜力。

下图展示了GaN RF器件的市场份额预测，随着2019年5G的正式运营，可以清楚地看到在基站应用领域(Wireless Infrastructure)GaN器件的应用在有了更显着的逐年成长趋势。

图 8

从芯片面积来看，GaN技术在RF相应应用领域也是不遑多让的。下图展示了在RF应用领域相同晶片尺寸上的GaN与GaAs对比，GaN晶片尺寸大约只有GaAs晶片的五分之一。

图 9 相同晶片尺寸上的GaN与GaAs对比

从材料本身物理特性指标来看，下表对比Si/GaAs/GaN材料特性，GaAs有最高的电子迁移率，因而在高频性能特性上表现优异，耐高压和高电流的能力优于Si但低于GaN，所以GaAs主导中低功率高性能的RF功率放大器应用。Si由于其器件种类多、成本低及整合容易的优势，在较低频率和低功率应用上较为普及。GaN器件高频性能优越，而且具有优越的高功率特性，因此在高频高功率的应用领域，具有独特的优势。

表 5

以曙光已现的可见爆量市场5G为例，各种半导体技术都将有一席之地。

GaN是5G应用的关键材料。相较于已经发展十多年的SiC，GaN功率器件是后进者，它拥有类似SiC性能优势的宽禁带材料，但拥有更大的成本控制潜力，在射频微波领域和电力电子领域都有广泛的应用。GaN是射频器件的合适材料，特别是高频应用，这在5G时代非常重要。电力电子方面，GaN功率器件因其高频高效率的特点而在消费电子充电器、新能源充电桩、数据中心等领域有着较大的应用潜力。目前GaN产业仍旧以海外企业为主，国内企业在衬底外延和设计制造领域都逐渐开始涉足。

图 10

这其中，GaN氮化镓功率器件具有宽禁带、热导率高、电子饱和速率高、抗辐照能力强等特点，使得其射频器件广泛应用在基站通信和国防军工应用中。

图 11

下表列举了GaN氮化镓功率器件典型的测试参数，测试要求和Keysight的GaN氮化镓功率器件解决方案。

表 6

GaN氮化镓功率器件特性测试

GaN氮化镓功率器件的射频参数测试包含小信号S参数、大信号输出功率效率、互调(IMD)、噪声系数和杂散等特性的测量。

相比较传统的功率放大器，GaN功放的功率高，射频参数测试主要面临的挑战有几个方面：

●测试项目繁多，系统校准复杂；

●GaN功放的大功率脉冲测试；

●在片测试的效率和精度。

1.基于网络分析仪PNA-X的完整参数测试

传统的功率放大器的射频参数测试会采用下图的方案，利用网络分析仪实现S参数测试，信号源+功率计进行功率特性测试，两台信号源+合路器+频谱仪进行双音测试，噪声头+频谱仪实现噪声系数测试。

采用上述方案最大的缺陷是精度和测试效率。

完成一个GaN功放产品的全参数测试需要几套不同的测试系统，不同的仪表的拆卸组合会导致系统的稳定性和精度难以保证。同时，繁杂的数据读取会带来极大的工作量，比如双音信号的测试，有时需要保证功放输入端的信号幅度相同，有时会要求输出的双音幅度相同，扫频的IMD测试数据记录时间可能需要数小时。

图 12

采用网络分析仪PNA-X和校准的附件，利用多个通道可以轻松实现GaN功率放大器完整参数测试，通过校准保证测量的精度，测试效率极大提升。

下图是采用网络分析仪PNA-X完成的GaN功率放大器全参数测试的案例，7个通道分别对应放大器的小信号S参数、增益压缩、IMD的扫频测量、IMD的频率间隔扫描、噪声系数、谐波、频谱杂散项目。

图 13

2. GaN功放的大功率脉冲测试

由于GaN的输出功率高，给仪表带来的挑战是需要推动放大器产生更高的激励功率，功放输出功率大于仪表承受的最大的电平。在高功率场景下，GaN功率放大器往往需要脉冲信号激励以减小GaN氮化镓功率器件发热对测量结果的影响。

下图是连续波和100μs脉宽，10%占空比脉冲信号激励下的增益和输出功率测量结果

图 14

连续波和脉冲激励下的增益分别是45.68dB和46.55dB，输出功率分别是35.88dBm和36.64dBm。

为了完成高功率和脉冲测试，可以将PNA的前面板的跳线打开，通过外置的推动GaN功率放大器和定向耦合器，将仪表内部的部件旁路；同时利用网络仪内部的脉冲调制模块产生脉冲信号，实现高功率的脉冲测试。

下图是典型的GaN功率放大器测试平台和校准测量需要的附件：

图 15

3.在片测试的效率和精度

在片测试的最大挑战有两个方面：

●一是如何保证探针端面的S参数、功率校准精度，

●二是如何实现尽可能少的压针完成全部参数的测量。

下图是某个芯片1次和4次下针的形貌，可以看出多次下针对PAD的损伤较大，甚至会损坏芯片无法正常工作。因此，必须要在探针端面上实现精确的校准，同时实现单次连接，多次测量，保证在片测试的效率和精度。

探针台测试的校准通常会在同轴端面和探针端面分别进行S参数的校准，同时在同轴端面进行功率校准，通过两级S参数校准得到的参数对探针端面的功率进行修正确保探针的功率精度。“单次连接，多次测量”可以通过1——基于网络分析仪PNA-X的完整参数测试中介绍的基于多个通道的完整参数测试实现。

图 16

二系统级指标验证,有效评估功放DPD前后的ACPR、EVM等指标

DPD(数字预失真技术)已经成为无线通信中不可或缺的技术，Doherty、包络跟踪等效率增强技术仍然是5G通信的研究热点。应用于移动通信的功放通常需要提供DPD前后的线性指标，但芯片或模块设计厂商通常不具备开发DPD算法的能力。

采用Keysight N5182B+N9030B+N7614C Signal Studio软件可以快速实现功率放大器PA的削峰(CFR)/数字预失真(DPD)/包络跟踪(ET)的功能测试，测试原理与仪表连接如图。

图 17

被测的PA为一款GaN功率放大器，测试频率为5800MHz，以LTE FDD 20MHz的Downlink信号为例，DPD算法为N7614B自带的Volterra级数算法，测试系统实物和使用仪表的主要指标如下：

●矢量信号源：N5182B，160MHz调制带宽

●信号分析仪：N9030A/B，510MHz分析带宽

●直流电源：N6705C

●放大器：83017A

●控制软件：N7614C功率放大器PA控制軟件

图 18

测试的结果显示了DPD前后功放的AM-AM，AM-PM，ACPR特性的曲线，其中

●基于矢量调制信号测得功放的AM-AM和AM-PM曲线；

●功放的增益压缩2dB，相位扩张3度左右；无DPD时，ACPR=-36dBc左右；

●使用N7614C自带的DPD算法，校正后ACPR=-50dBc，ACPR改善14dBc以上。

图 19

因此，采用Keysight N5182B+N9030B+N7614C的方案，可以基于现有实验室的设备，快速搭建系统级指标验证的测试平台，有效评估功放DPD前后的ACPR、EVM等指标。

三GaN氮化镓功率器件的缺陷测试

GaN氮化镓功率器件的特性受限于材料和器件生长引入的缺陷，核心表现是导通电阻的增大，增加器件在开态下的功率损耗，严重影响器件的功率、效率和可靠性。

GaN的缺陷效应对应的现象电流崩塌、射频散射、栅延迟等现象：

●电流崩塌：直流下，经过高电压冲击后，当源漏电压增大时，器件的输出电流大大减小；射频激励下，GaN氮化镓功率器件源漏输出电流幅度与直流特性相比剧烈降低，造成Pout和PAE下降。

●延迟效应：栅极或者漏极电压瞬间变化时，漏极电流响应延迟的现象。

●Kink效应：漏极电压较大时，输出电流突然增大的情况，导致GaN氮化镓功率器件的跨导减小，不稳定性加剧。

本节介绍DC下的电流崩塌测试和栅延迟的测试：

1、栅延迟测试

采用81160A函数任意波形发生器和示波器完成GaN氮化镓功率器件的栅延迟测试，81160A产生栅极电压的快速变化，N6705C提供漏极10V的偏置，示波器和电流探头实现漏极电流的捕捉和读取。

图 20

●脉冲发生器81160A，脉冲上升沿时间(10%至90%)1ns，±10V@1MOhm负载

●示波器MSOS804A，8GHz带宽，20GSa/s采样率，10Bit ADC

●电流探头N7026A，150MHz/30A

●直流电源N6705C

由于GaN氮化镓功率器件是常开型器件，必须要确保栅极加上负电的前提下再加漏极电压，因此典型的时序应该如下图所示。

●起始t=0时刻，Vg=-3V，Vd=0V，Id=0A；

●T=t1时，Vg=-3V，Vd=48V，器件关断，Id=0A；

●T=t2时，Vg=-1.9V，Vd=48V，器件打开；

●T=t3后，器件电流达到稳定；

●T从t2至t3时间，电流并非瞬间达到工作电流，该时间tm即测量的栅延迟时间。

图 21

电流测试采用上升沿触发，打开81160A的输出，同时打开N6705C的输出48V，此时N6705C上的电流为0mA。手动触发81160A，观察示波器上电流的变化，适当调整Scale和Marker，得到的结果如图。

可以看出，Id从10%至90%的电流上升时间约为470μs。

2、电流崩塌测试(动态电阻测试)

什么是电流崩塌效应？

GaN氮化镓功率器件漏极电压超过一定值时，随着漏极电压的增加，电流开始下降，不能达到理想的值，这就是GaN器件的电流崩塌效应。

采用Keysight B1505A和相应的测试夹具可以实现GaN氮化镓功率器件的电流崩塌效应的测试，通过N1267 Fast Switch Unit实现高压应力施加(HVSMU)和静态电流测试(HCSMU)的快速切换，并完成静态电流的测试。

图 22

采用Sumitomo EGNB010MK GaN HEMT进行电流崩塌测试，测试的夹具和连接方式如图

图 23

测试结果如图，可以看到施加100V应力后漏极电流明显低于原始的静态电流；对应的动态电阻从3欧提高至5.5欧。

GaN功率放大器测试涵盖了直流、射频和系统级的指标，Keysight提供了完整的测试方案，致力于解决GaN功放测试中的挑战和难题。

GaN功率放大器测试方案总结如下：

表 7

碳化硅(SiC)/氮化镓(GaN)动态测试实例

是德科技keysight针对宽禁带半导体器件SiC/GaN MOSFET的动态参数测试系统——PD1500A日前在芯派科技测试应用中心正式投入使用。

图 24

由于GaN MOSFET开关速度快，对动态测试测试系统寄生电感控制、测试带宽、器件连接方式等都要求非常高，测试过程中电流和电压波形非常容易产生强烈的振荡而影响到测试结果，甚至造成测试器件损坏，因此第三方实验室极少能够提供针对GaN MOSFET的动态特性测试服务。

我们先看一下基于PD1500A GaN MOSFET动态测试结果，测试器件来自于某国产厂家QFN8*8封装，规格为650V 20A。双脉冲测试波形和开关特性测试结果如下图，测试条件为Vds=400V， Ids=10A，温度=125℃，双脉冲波形中CH1：驱动电流（黄）；CH2：DS电流（绿）；CH3：驱动电压（蓝）；CH4：DS电压（红）。得益于Kesyight专利技术，GaN双脉冲驱动板主功率回路寄生电感仅为3.5nH左右 （包括器件连接以及电流采样带来的寄生电感），该测试波形非常理想，几乎没有振荡。

图 25

PD1500A功率器件动态参数测试系统设备特点：

1.寄生电感小，能可靠可重复的测量宽禁带（SiC/GaN）功率器件动态特征

2.测量包括开关特性、反向恢复、动态电阻、栅极电荷等动态特性指标

3.智能化软件控制，根据IEC和JEDEC标准要求自动分析测试结果，并且能够提供循环测试、电流电压步进测试以及自动高温测试等

4.同时满足被测器件和用户对测试环境的要求

5.模块化平台可扩展、可升级，能够对所有功率器件进行测试

PD1500A可以满足SiC/GaN器件的所有动态参数测试

表 8

GaN MOSFET测试

GaN调试使用国产厂家主流封装QFN8*8器件，该器件大量使用在手机快充上，规格为650V/20A，如下图所示，测试设定为Vds=400V，Ids=10A，Vgs=-1~6V，温度分别测试55℃和125℃。

图 26

得益于超低的系统寄生电感和精准的信号测量处理，器件开通关断时电压/电流震荡倍抑制在一个很低的水平，波形非常完美。

同时动态高温自动测试功能也很强大，可以极大的提高测试效率，同时保证了系统设置的准确性。

图 27

GaN MOSFET测试情况：

图 28

SiC调试：

图 29

整套测试系统寄生参数优化较好，开通开关时震荡轻微，尖峰也被抑制在一个较低的水平，测试结果与厂家规范非常接近，测试结果理想。

图 30

是德科技先进低频噪声分析仪可以帮助您非常容易地进行半导体器件的低频噪声测量。低频噪声分析仪系统包含硬件部分和软件部分。使用者只需要输入测试条件即可进行低频噪声的测量，软件会自动判定硬件所需要的最佳设置。硬件部分里最重要和最关键的部分是LNA(低噪声放大器)，一个非常低噪声和高增益表现的LNA是必须的。低频噪声分析仪里的LNA可以覆盖各种类型器件以及各种测试条件。一些商用的低频噪声测量系统同时集成了电压低噪声放大器。

可重复且可靠的GaN表征(R2GC)技术-是德科技的R2GC创新技术

电流传感器

是德科技正在申请这项技术的专利，它能够实现超低插入损耗(S21)和大带宽。

下图显示了是德科技的R2GC电流传感器技术与行业标准Pearson探头功能的比较。R2GC电流传感器的频率分量明显更高（大带宽），从而可以表征出器件的真实特征。

图 31是德科技的R2GC 电流传感器（左）、Pearson探头宽带电流显示器（右）

功率器件连接

为了进一步降低寄生回路的电感，我们开发出了无焊接功率器件连接技术，该技术无需焊接即可灵活更换功率器件(DUT)，其寄生性能与焊接效果相当。此外，是德科技的R2GC无焊接连接技术还支持对GaN器件执行从室温到150˚C的温度测试。

图 32

栅极电阻器(Rg)

什么是栅极电荷？为什么需要测栅极电荷Qg(Gate Charge)？

栅极电荷是用于打开或关闭一个器件的电荷，是评价一个期间开关损耗的关键参数。

Qg是导通/关断开关器件所必需的电荷。

为什么需要测栅极电荷Qg(Gate Charge)？测栅极电荷Qg的重要性

●设计栅极驱动电路的关键参数。几乎所有的功率MOSFET和IGBT技术资料中都包括有关Qg的说明

●通过Qg曲线，可以估算出开关时间参数。与单独使用静态指标电容参数相比，仿真更精确。還可利用开关时间参数估算开关器件的开关损耗

●可用于测试开关器件的驱动损耗

图 33

当为标准DPT测试、栅极电荷(Qg)测量以及动态Rds(on)测量确定合适的阻尼量时，更换栅极电阻是常见的做法。不过，Rg位于栅极环路内，任何寄生效应都会影 GaN FET开关的控制。与被测器件连接方法相似，是德科技开发了一种R2GC可更换Rg技术，该技术无需通过拆焊和焊接改变栅极电阻器，便能提供与焊接Rg等效的性能（下图）

图 34 是德科技R2GC可更换Rg=1Ω（左），焊接Rg=1Ω（右）

动态Rds(on)——电流坍塌现象是GaN器件制造商和用户最关心的问题之一。JEDEC JC-70.1委员会针对GaN eHEMT器件发布的第一个测试方法标准（JEP173，2019年1月；https://www.jedec.org/standards-documents/docs/jep173）。按照该标准中的建议，是德科技设计了一个快速R2GC钳位电路，能够支持高分辨率10:1探头测量Vds(on)（参见下图）。钳位Vds(on)信号可以在50至200ns 之间稳定下来。GaN测试板设计是特别定制的，取决于每块测试板的具体要求和设计，得到的结果也会不同。

图 35

JC-70宽带隙电力电子转换半导体

JEDEC标准委员会认识到需要为功率半导体行业制定WBG标准。2017年9月，JC-70宽带隙电力电子转换半导体委员会成立，并下设GaNJC-70.1和SiC JC-70.2两个小组委员会。每个小组委员会再下设三个任务组，分别负责开发可靠性与认证流程，制作元件和参数技术资料，以及研究测试与表征方法。是德科技积极参与这些标准的开发工作。

通过使用标准PD1500A动态功率器件分析仪/双脉冲测试仪和定制的GaN测试板，是德科技的R2GC技术能够实现可重复且可靠的GaN FET表征。